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Zug-Druck-Dauerprüfmaschine
Bei den bekannten Zug- Druck-Dauerprüfmaschinen, bei welchen die Zug-bzw. Druckkräfte auf mechanischem Wege erzeugt werden, können die Versuche hinsichtlich ihrer Genauigkeit oft nur bei ver- hältnismässig niederer Drehzahl ihrer Antriebsmotoren und dementsprechend nur bei ebenso geringer Anzahl von Beanspruchungswechseln am Probekörper in der Zeiteinheit einwandfrei durchgeführt werden.
Bei höheren Drehzahlen und bei grösserer Anzahl von Beanspruchungswechseln treten dynamische Einflüsse auf, welche die Versuchsdurchführung und deren Ergebnisse beeinträchtigen können.
Bei Maschinen mit Kurbelantrieben kann man die auftretenden Massenwirkungen und Resonanzen durch Anwendung härterer Federn, wodurch eine Erhöhung der Eigenschwingungszahl des Gesamtsystems erreicht wird, und demzufolge durch Verkleinerung des Kurbelhalbmessers und des Arbeitshubes, verringern, aber nicht vollständig beseitigen. Bei sehr starr gebauten, insbesondere bei formänderungsschlüs-
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Falle ist man genötigt, zur Beseitigung derselben gegenseitig verspannte Doppellager zu verwenden.
Bei Maschinen mit Wechselwirkung ruhender Kräfte, das sind Maschinen, bei welchen die ruhende
Kraft, die den Probekörper beansprucht, durch Gewichtsbelastung oder durch mit konstanter Kraft bela- stete Federn erzeugt und die Wechselwirkung z. B. durch Rotieren eines zu diesem Zwecke scheibenförmig ausgebildeten Gehäuses, in welchem der Probekörper angeordnet ist (Beispiel : Maschine von T. M. Jasper), oder mit Hilfe eines an einem Ende eines Prüfstabes angeschlossenen Schwingrahmens (Beispiel :
Maschine von E. Lehr), hervorgebracht wird, wird mitunter der Probekörper oder die Feder, welche die den Körper beanspruchende Kraft erzeugt, bewegt und kann daher im Betriebszustande der Maschine nicht beobachtet und überwacht werden.
Auch kann diese Feder, durch die Konstruktion der Maschine bedingt, von andernMaschinenteilen verstellt und verdeckt und daher schwer zugänglich sein (Maschinen von T. M.
Jasper und E. Lehr). Bei den Elementen, welche die Beanspruchungskraft auf den Probekörper zu übertragen haben und welche unter andern als Ring eines Wälzlagers (Maschine von E. Lehr) oder als Druckrolle, die sich auf einer kreisförmigen Lauffläche bewegt (Maschine von M. Prot), ausgebildet sind, gestaltet sich das Problem der Schmierung schwierig, insbesondere bei hohen Belastungen und Drehzahlen sowie bei Laufflächen grossen Durchmessers. Maschinen, die ihrem Aufbau nach der Maschine von E.
Lehr gleichen, bei welchen jedoch der Probekörper nicht durch Federkraft, sondern durch Gewichte mittels Hebelüber- tragung beansprucht wird (Maschine von Plot), werden nur für kleine Beanspruchungen desselben gebaut, da die Dimensionen der Gewichte und Hebel fUr Maschinen von Ausführungsgrössen, wie man sie in der Praxis verwendet, zu gross ausfallen würden. Auch müssen Probekörper für kleine Beanspruchungskräfte dementsprechend kleine Querschnitte besitzen, um in ihnen so grosse Spannungen hervorrufen zu können, wie sie für die Versuchsdurchführung benötigt werden.
Für derart kleine Querschnitte, deren Durchmesser etwa nur 2,5 Millimeter beträgt, kann der am Umfang derselben sich befindende Flächenanteil, in dessen Bereich der Werkstoff seine Eigenschaften infolge der Bearbeitung, welcher er zwecks Herstellung des Probekörpers unterzogen wurde (Kaltverformung), verändern kann, Im Verhältnis zum Gesamtquerschnitt bereits so gross sein, dass die Versuchsergebnisse nicht mehr genügend genau die ursprüngli- chen Eigenschaften des Materials wiedergeben.
Bei Maschinen mit Massenkraftantrieben wird die Grösse der Beanspruchung des Probekörpers von Drehzahlschwankungen des Antriebsmotors stark beeinflusst und kann ohne besondere Regeleinrichtungen nicht genügend genau konstant gehalten werden.
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Wenn es auch gelingt, Zug- Druck-Dauerprüfmaschinen zu bauen, welche die angeftihrten Mängel nicht aufweisen und bei welchen die Krafterzeugung auf eine andere Art, wie z. B. hydraulisch, mittels
Druckluft oder elektrisch od. dgl. geschieht, wären Maschinen mit gleichen Eigenschaften, bei welchen jedoch die Krafterzeugung auf mechanischem Wege hervorgerufen wird, diesen betriebsmässig und wirt- schafllich überlegen. Erstere benötigen zu ihrem Betriebe hydraulische, pneumatische, elektrische od. dgl. Anlagen, welche meist erst anlässlich ihrer Aufstellung errichtet werden müssen, da sie in den seltensten Fällen bereits vorhanden sind.
Letztere dagegen brauchen zu ihrem Antrieb nur Motoren, wie sie in der Industrie normal verwendet werden und die man an das überall zur Verfugung stehende Stromnetz anschliessen kann.
Gegenstand der Erfindung ist eine Zug- Druck-Dauerprilfmaschine mit veränderlicher Vorspannkraft von Zug bzw. Druck, bei welcher die Zug-bzw. Druckkraft auf mechanischem Wege, u. zw. durch konstante Federkraft erzeugt wird und die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Probekörper durch zwei stets unter Spannung stehende Druckfedem bzw.
Federsätze, u. zw. durch die eine Feder über einen Federteller, entweder über einen Hebel und das im Maschinenrahmen geführte Druckstück bei einer ersten Ausfuhrungsform oder direkt bei einer andern Ausführungsform, eine Säule und den unteren Einspannkopf des Probekörpers auf Zug sowie durch die andere Feder über einen Federteller entweder über einen Hebel, ein ebenfalls im Maschinenrahmen geführtes weiteres Druckstück bei der ersten Ausführungsform oder eine Säule bei der zweiten Ausführungsform und den unteren Einspannkopf des Probekörpers auf Druck abwechselnd mit konstanter Kraft beansprucht wird, wobei eine Wechselbeanspruchung des Probekörpers durch abwechselndes Anheben der Federteller mittels Hebel und einer mechanisch, hydraulisch, elektromagnetisch od. dgl. angetriebenen Steuerung der. Hebel, vorzugsweise einer Nockensteuerung, hervorgerufen wird.
Bei den in den angeschlossenen Zeichnungen dargestellte Ausführungsformen der Maschine wurde z. B. eine Nockensteuerung vorgesehen. Der Probekörper und die Teile der Maschine, welche die Genauigkeit der Versuchsergebnisse entscheidend beeinflussen können, sind nicht bewegt und können auch wäh - rend des Betriebes der Maschine leicht beobachtet und überwacht werden.
Die den Probekörper auf Zug bzw. Druck beanspruchenden Federkräfte sind mittels einstellbarer Spannvorrichtungen für die beiden Federn bzw. Federsätze veränderlich.
Durch Vorspannkräfte, die man auf den Probekörper aufbringen kann, kann man den Grösstwert der Zug- bzw. Druckbeanspruchung desselben variieren oder auch Schwellbeanspruchungen auf Zug bzw.
Druck veränderlicher Grösse auf diesen einwirken lassen.
Bei Anwendung einer Nockensteuerung ist die Anzahl der Beanspruchungswechsel am Probekörper in der Zeiteinheit bei Einbau eines Stufenschaltgetriebes im Steuerungsantrieb veränderlich.
Bei Anwendung einer Nockensteuerung mit auswechselbar angeordneten Nocken kann der Verlauf der Grösse der den Probekörper beanspruchenden Zug-bzw. Druckkraft den jeweiligen Prüfungsbedingungen angepasst werden.
Mit Hilfe der Spannvorrichtungen der Vorspannungsfeder und der Federn bzw. Federsätze, welche den Probekörper auf Zug bzw. Druck beanspruchen. kann man der jeweils herrschenden Wechselbeanspruchung desselben zeitweilig zusätzliche Wechselbeanspruchung überlagern, um gelegentlictie Überlastungen des Probekörpers während der Versuchsdurchführung vornehmen zu können.
In den angeschlossenen Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand in zwei AusfUhrungsformen schematisch dargestellt. Es zeigen Fig. 1 die Ansicht der Ausführungsform A, Fig. la die Befestigung des Kraftmessers am verstellbaren Querhaupt bei den Ausflihrungsformen A und B, Fig. 2 den Grundrissder Ausführungsform A. Fig. 3 die Ansicht der Ausführungsform Bund Fig. 4 den Grundriss der Ausführungform B.
Bei Ausführungsform A (Fig. 1 und 2) sind die beiden Federn bzw. Federsätze, welche den Probekörper auf Zug bzw. Druck beanspruchen, seitlich von diesem angeordnet. Dadurch weist die Maschine eine verhältnismässig niedrige Bauart auf. Die Ausführungsform B (Fig. 3 und 4), bei welcher die Federn bzw.
Federsätze übereinander und mit dem Probekörper und der Säule koaxial angeordnet sind, ist wegen geringeren Flächenbedarfs bei knappen Raumverhältnissen geeigneter, ergibt jedoch eine grössere Bauhöhe.
Sie ist für Maschinen für kleinere Wechselbeanspruchungen, die entsprechend kleinere Abmessungen und demzufolge geringere Bauhöhe ergeben, vorteilhaft. Durch Ineinanderschieben der Druckfeder bzw. des Druckfedersatzes und der Vorspannungsfeder kann man die Bauhöhe der Maschine, soweit es die konstruktiven Verhältnisse gestatten, gering halten.
Die Maschine wird mit einem Kraftmesser 30 und einem Messwerk 31 versehen, welche mit der Einspannvorrichtung für'den oberen Einspannkopf 32 des Probekörpers auf einem verstellbaren Querhaupt bzw.
Schlitten 33 montiert werden, um Probekörper verschiedener Länge prüfen zu können.
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Mit dem Probekörper (hier in Stabform) 1 ist eine Säule 2 starr verbunden, welche die Zug-bzw.
Druckbeanspruchungen auf diesen überträgt. Bei Ausführungsform A drückt eine Feder 3 bzw. ein Feder- satz mit Hilfe eines Hebels 4 über zwei Lenker 5 (einer vorne und einer hinten angeordnet) und Über ein geführt bewegtes Druckstück 6 an der Stelle a gegen die untere Einspannvorrichtung 7 des Probekörpers 1, wodurch dieser auf Druck beansprucht wird. Das Druckstück 6 wird in Richtung der Achse des Probekör- pers bewegt. Bei Ausführungsform B drückt die Feder 3 bzw. der Federsatz mit Hilfe eines Federtellers
14, der gleichzeitig als Druckstück ausgebildet ist und ebenso geführt wird wie das Druckstück 6, an der
Stelle a über die Säule 2 gegen die untere Einspannvorrichtung 7 des Probekörpers und beansprucht diesen auf Druck.
Die Angriffsfläche der Druckkraft an der Stelle a ist so ausgebildet, dass diese in der Achse des'Probekörpers wirkt. In derselben Weise drückt bei Ausführungsform A eine Feder 8 bzw. ein Federsatz mittels eines Hebels 9 über zwei Lenker 10 (ebenfalls einer vorne und einer hinten angeordnet) undein in derselben Weise bewegtes und geführtes Druckstück 11 an der Stelle b auf die Säule 2 und bewirkt eine
Beanspruchung des Probekörpers auf Zug. Bei Ausführungsform B hingegen drückt die Feder 8 bzw. der Federsatz mit Hilfe eines Federtellers 16, der ebenfalls wie der Federteller 14 als geführtes Druckstück ausgebildet ist, an der Stelle b auf die Säule 2. Dadurch bewirkt die Feder bzw. der Federsatz eine Beanspruchung des Probekörpers auf Zug.
Die Angriffsfläche dieser Druckkraft an der Stelle b ist ebenfalls so ausgebildet, dass die Kraft auf den Probekörper eine Zugbeanspruchung in der Achse desselben ausubt.
Infolge Drehung der Nockenscheiben 12, welche durch einen Elektromotor 27 uber ein Zahnradgetriebe 29 angetrieben werden, werden bei Ausführungsform A die Druckstücke 6 und 11, bei Ausführungform B die Federteller 14 und 16 abwechselnd von ihren Druckflächen bei a und b abgehoben. Dadurch wird eine Wechselbeanspruchung des Probekörpers auf Zug bzw. Druck hervorgerufen. Die Andruckrollen der Hebel 4 und 9 müssen sich im Falle der Belastung des Probekörpers von den Nocken abheben, da sonst die vorgespannten Federn 3 und 8 nicht zur Wirkung kommen.
Nachdem das zur Steuerung der Federn bzw. Federsätze erforderliche Drehmoment an der Nockenscheibenwelle über einer vollen Umdrehung der Nockenscheibe nicht konstant sondern veränderlich ist, ist zwecks Erreichung eines gleichförmigen Ganges der Nockensteuerung ein Schwungrad 28 vorgesehen.
Bei Ausführungsform A werden die Federteller 14 und 16 der Federn 3 und 8 bzw. Federsätze in gleicher Weise wie die beiden Druckstücke 6 und 11 mittels je zweier Lenker 13 und 15 geführt bewegt. Bei Ausführungsform B erfolgt die analog geführte Bewegung der Federteller 14 und 16 mittels je zweier Lenker 5 und 10.
Die Vorspannkraft auf Zug bzw. Druck, die man auf den Probekörper aufbringen kann, wird durch eine zylindrische Schraubenfeder 19 erzeugt, welche an das untere Ende der Säule 2 angeschlossen bzw. dort aus dem Vollen derselben herausgearbeitet wird, d. h. dieses untere Säulenende wird hohl gebohrt und in die Wand des so entstandenen Hohlzylinders vom unteren Ende desselben nach oben ein schraubenlinienförmiger Schlitz eingearbeitet, so, dass eine zylindrische Schraubenfeder mit rechteckigem Querschnitt entsteht. Diese zylindrische Schraubenfeder wird über ein Schneckenvorgelege 20 mit Hilfe einer Schraubenspindel 21 von Hand aus und nach Bedarf zusätzlich auch mittels maschinellen Antriebes gespannt bzw. entspannt.
Die während des Betriebes feststehenden Federteller 17 und 18 sind von Hand aus und wenn nötig, zusätzlich auch maschinell verstellbar, u. zw. auf die Art und Weise wie die Vorspanmungsfeder. Dadurch können die den Probekörper beanspruchenden Kräfte nach Bedarf verändert werden. Auch-werden durch Verstellung der Federteller 17 und 18 vor Beginn der Versuchsdurchführung die Federkräfte auf den Profkörper aufgebracht, indem die vorher entspannten Federn 3 und 8 so weit angespannt werden, bis die verlangte Beanspruchung des Prüfkörpers erreicht wird.
Die Spannvorrichtungen, die dazu dienen sollen, um die Kräfte der Federn 3 und 8 bzw. Federsätze veränderlich zu machen, sind bei vorliegenden Ausführungsformen der Maschine analog wie für die Vorspannungsfeder als Schneckenvorgelege 22 und 23 mit Schraubenspindeln 24 und 25 für Handbetrieb und nach Bedarf zusätzlich auch für maschinellen Betrieb vorgesehen. Bei Ausführungsform B sind die Schraubenspindeln 24 und 25 wegen koaxialer Anordnung der Federn 3 und 8 bzw. Federsätze mit der Säule 2 als Hohlwellen ausgebildet.
Jedes Druckstück bzw. jeder Federteller wird von der zugehörigen Nockenscheibe nur so weit von seiner Druckfläche abgehoben, dass der Probekörper mit dem Kraftmesser und dem an diesen anschlie- ssenden Säulenabschnitt bis zur Druckfläche des andern Druckstücks bzw. Federtellers, welches bzw. welcher den Probekörper eben beansprucht, der der Beanspruchung entsprechenden Längenänderung nach-
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kommen kann. Die für diese Längenänderung in Betracht kommenden Längenabschnitte sind in Fig. 1 und 3 mit 11 für die Druckbeanspruchung und mit 12 für die Zugbeanspruchung des Probekörpers bezeichnet.
Die Abhubstrecke ist bei Ausführungsform A für das Druckstück der Druckfeder bzw. des Druckfedersatzes gleich gross wie für das Druckstück der Zugfeder bzw. des Zugfedersatzes, weil für die Längenänderung an der Stelle ihrer Angriffsfläche (Druckfläche) bei a nur die Längenänderung des sich oberhalb dieser Angriffsfläche (Druckfläche) befindlichen Längenabschnittes von l, u. zw. im Betrag von l, massgebend ist. Die weitere Längenänderung tritt erst unterhalb der Angriffsfläche bei a auf.
Analog ist bei Ausführungsform B die Abhubstrecke für die Zugfeder bzw. den Zugfedersatz gleich gross wie für die Druckfeder bzw. den Druckfedersatz, weil für die Längenänderung an der Stelle ihrer Angriffsfläche (Druckfläche) bei b nur die Längenänderung des sich oberhalb derselben Stelle befindlichen Längenabschnittes von 11, u. zw. im Betrage von 12'massgebend ist. Die weitere Längenänderung tritt erst unterhalb der Angriffsfläche bei b auf.
Die Erfindung ist nicht auf die in der Beschreibung beispielsweise erläuterten und in den Zeichnungung schematisch dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Es ist offensichtlich, dass verschiedene, insbesondere konstruktive Abänderungen der dargestellten AusfUhrungsformen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zug- Druck-Dauerprüfmaschine mit veränderlicher Vorspannungskraft von Zug bzw. Druck, dadurch gekennzeichnet, dass der Probekörper (1) durch zwei stets unter Spannung stehende Druckfedern (8,3) bzw. Federsätze, u. zw. durch die Feder (8) über den Federteller (16), entweder über den Hebel (9) und das im Maschinenrahmen geführte Druckstück (ll) (Ausführungsform A) oder direkt (Ausführungform B), die Säule (2) und den unteren Einspannkopf (7) auf Zug sowie durch die Feder (3) über den Fe- derteller (14) entweder über den Hebel (4) und das ebenfalls im Maschinenrahmen geführte Druckstück (6) (Ausführungsform A) oder über die Säule (2) (Ausführungsform B) und den unteren Einspannkopf (7) auf Druck abwechselnd mit konstanter Kraft beansprucht wird,
wobei eine Wechselbeanspruchung des Probekörpers (1) durch abwechselndes Anheben der Federteller (16,14) mittels der Hebel (9,4) und einer mechanisch, hydraulisch, elektromagnetisch od. dgl. angetriebenen Steuerung der Hebel, vorzugsweise einer Nockensteuerung (4-6, 9-13 und 15 bei Ausführungsform A bzw. 4, 5, 9,10, 12,14 und 16 bei Ausführungsform B), hervorgerufen wird.